Atualmente, uma das principais tendências que impulsionam o crescimento de dispositivos médicos portáteis e sem fio é o atendimento ao paciente, que é especificamente o uso gradual dos sistemas de telemonitorização em domicílios dos pacientes. A causa fundamental desse desenvolvimento é essencialmente o resultado de Considerações econômicas, porque é simplesmente proibitivamente caro permitir que os pacientes sejam hospitalizados por observação e tratamento e, como resultado, muitos desses sistemas eletrônicos de monitoramento eletrônico devem incorporar transmissores de RF para que qualquer dado coletado do paciente possa ser direcionado diretamente Passe o sistema de monitoramento do hospital para futura revisão e análise pelo médico competente.
Em face do cenário acima, é razoável supor que o custo de fornecer um dispositivo médico doméstico apropriado para um paciente é muito inferior ao custo de retirar o paciente do hospital, mas o ponto mais importante é que o dispositivo a ser utilizado pelo paciente deve ter Os recursos confiáveis e fáceis de usar, fabricantes e designers desses produtos devem garantir que eles possam funcionar perfeitamente em múltiplos suprimentos de energia e fornecer alta confiabilidade na transmissão sem fio de dados coletados de pacientes Isso exige que os designers assegurem que a arquitetura de gerenciamento de energia seja robusta, flexível, pequena e eficiente.
Regulador de comutação alta eficiência
Para muitas aplicações em sistemas eletrônicos médicos, é necessária uma alimentação contínua mesmo em caso de interrupção na fonte de alimentação CA, portanto, um dos principais requisitos é obter uma baixa corrente quieta para prolongar a vida útil da bateria. Assim, desde 2010, a fabricação de IC de potência Os fornecedores têm feito reguladores de comutação com uma corrente de repouso em espera inferior a 30μA. Na verdade, alguns dos produtos recentemente introduzidos da Linear reduziram isso para apenas 2,5 μA, então esses produtos estão totalmente equipados com a energia de backup fornecida pela bateria As condições de uso no sistema médico.
Embora os reguladores de comutação produzam mais ruído do que os reguladores lineares, suas diretrizes de eficiência são muito superiores às últimas e demonstrou que, em muitas aplicações sensíveis, desde que a fonte de alimentação de comutação funcione de maneira previsível, Os níveis de ruído e EMI são controláveis. Se o regulador de comutação executa a comutação em uma freqüência fixa no modo normal e as bordas de pulso de comutação são limpas e previsíveis, não há excesso ou toque de alta freqüência e a IME pode ser minimizada O pequeno tamanho do pacote e a alta freqüência de operação podem fornecer um layout fino, minimizando assim a radiação EMI. Além disso, se o regulador pode ser usado em conjunto com capacitores cerâmicos de baixa ESR, você pode minimizar a entrada e a saída As ondulações de tensão, e essas ondulações são fontes adicionais de ruído no sistema.
Muitos dispositivos médicos de monitoramento de pacientes ricos em recursos, o crescente número de trilhos de energia, enquanto a tensão de operação continua a diminuir. No entanto, muitos desses sistemas ainda precisam de uma faixa de tensão ampla de 1.xV a 8.xV para o motor, Sensores de baixa potência, memória, núcleo do microcontrolador, circuitos de E / S e lógica.
Tradicionalmente, esses trilhos foram fornecidos por um regulador de comutação ou um regulador de baixa descida. No entanto, para as configurações que também incluem uma bateria de backup no sistema para lidar com condições de falha de rede, tais ICs não têm De modo que, quando o conversor de aumento de carga (que pode aumentar ou reduzir a tensão), ele poderá aproveitar ao máximo a autonomia da bateria, o que aumenta a margem de operação e prolonga o tempo de funcionamento da bateria, Uma vez que há mais vida útil da bateria, especialmente quando está perto da extremidade inferior da sua curva de descarga.
Requisitos médicos DC / DC elevados
Em contraste, as soluções de conversor DC / DC usadas em instrumentação médica portátil que também podem vir com uma bateria principal devem ter as seguintes características:
Uma arquitetura DC / DC de buck-boost com uma ampla faixa de tensão de entrada para regular VOUT ao usar múltiplas fontes alimentadas por bateria e suas faixas de tensão associadas
2. Corrente quiescente ultra baixa em modo operacional e modo de desligamento para prolongar o tempo de funcionamento da bateria
3. Pode efetivamente fornecer o trilho de tensão do sistema
4. Função de limite de corrente para reduzir a corrente de entrada para proteger a bateria
5. Solução Pequena pegada, peso leve, forma plana
6. Embalagens avançadas disponíveis para melhorar a eficiência térmica e espacial
O novo IC de potência que atende a esses requisitos é o LTC3119 da Linear Technology. É um conversor síncrono em modo de corrente de monocromático que fornece até 5A de saída contínua de múltiplas fontes de entrada no modo buck As fontes de entrada atuais incluem células únicas ou múltiplas, adaptador de CA não regulamentado e painéis solares e supercondensadores. Uma vez iniciado, este componente pode ser expandido para 250mV da faixa de tensão de entrada de 2.5V a 18V. Entradas acima, A tensão de saída é estável em ou igual à saída e a tensão de saída é programável de 0.8V a 18V. A operação de modo de estouro selecionável pelo usuário reduz a corrente de repouso para apenas 31μA, Melhorar a eficiência da carga leve e aumentar o tempo de execução da bateria. A topologia PWM de 4-switch potente da LTC3119 oferece comutação sem ruído e sem jitter em todos os modos de operação, o que é ideal para aplicações de alimentação sensíveis ao ruído e Aplicações analógicas de precisão. Além disso, o módulo também inclui função de controle de ponto de potência máxima programável (MPPC) para garantir a potência máxima de uma fonte de alimentação de impedância de alta potência, como células fotovoltaicas. Saiba esquema simplificado do conjunto.
Figura 1 Alto grau de integração e circuitos periféricos LTC3119 de alto desempenho e eficiência.
O LTC3119 inclui quatro MOSFET de canal N RDSON internos com eficiência de até 95%. A operação do modo de estouro pode ser desativada para fornecer uma troca contínua de baixo ruído. A programação de freqüência externa ou a sincronização com um PLL interno permite uma ampla gama de 400 kHz para Faixa de freqüência de comutação de 2MHz, permitindo assim um trade-off entre eficiência de conversão e tamanho da solução. Outras características incluem proteção contra curto-circuito, proteção contra sobrecarga térmica, corrente de desligamento abaixo de 3μA e um indicador de potência boa. Os componentes externos, que operam em uma ampla faixa de tensão e são embalados em pequenos pacotes com baixa corrente quiescente, são ideais para fontes de alimentação de RF, aplicações de carga pulsada de alta corrente, fontes de alimentação de backup do sistema e até baterias de chumbo-ácido conectadas a um sistema de conversão de 12V.
Muitos sistemas médicos portáteis requerem múltiplas fontes de entrada, incluindo configurações de célula única ou múltipla, adaptadores de CA e bancos de supercondensadores.
Grandes oportunidades surgiram no design de muitos sistemas médicos com bateria ou com bateria, enquanto os projetistas do sistema enfrentam difíceis desafios ao escolher a solução de conversão de energia certa para atingir os principais objetivos de design Estes objetivos de design incluem a conformidade com limites de cobertura de tensão de entrada para saída, níveis de energia adequados e facilidade de projeto sem comprometer a eficiência, o tempo de atividade e os requisitos regulatórios de radiação e o tamanho da solução.
Projetar uma solução que atenda os objetivos do sistema sem comprometer o desempenho é uma tarefa difícil. Com toda a força, existem mais e mais soluções de conversor Buck-Boost que funcionam de forma eficiente em uma ampla gama de cargas, Isso simplifica o design, oferece o melhor desempenho em sua classe e maximiza o tempo de atividade entre os ciclos de carregamento da bateria.